Кабели, кабельная арматура, прокладка и маркировка кабелей

Количество и типы применяемой арматуры силовых кабелей определяются проектной документацией по прокладке кабельных линий (КЛ). Арматура должна иметь максимальную степень заводской готовности, обеспечивающую минимизирование влияния человеческого фактора при монтаже и вероятности повреждения элементов конструкции муфт при монтаже и транспортировке.

Главными составными элементами силовых кабельных линий являются:

• силовой кабель, служащий для передачи электроэнергии;
• соединительные муфты, при помощи которых отдельные строительные длины кабелей соединяются в одну линию;
• концевые муфты (заделки) и стопорные муфты, монтируемые на крупных участках трассы линии для предупреждения стекания кабельных масс;
• подпитывающие аппараты и системы сигнализации давления масс для линий, выполненных маслонаполненными кабелями;
• кабельные сооружения – кабельные коллекторы, тоннели, каналы, шахты и колодцы.

В соответствии с ПУЭ за начало и конец КЛ принимают кабельные наконечники концевых муфт или заделок. Поскольку кабели выполняют отдельными отрезками строительной длины от 200 до 600 м различного сечения (для удобства транспортировки на кабельных катушках), то при сооружении КЛ эти отрезки соединяются друг с другом с помощью соединительных муфт. Основное назначение всех кабельных муфт – это герметизация кабелей в местах соединения и окольцевания. Для герметизации изготовители выпускают кабель с запаянными концами, чтобы не было окисления изоляции (попадания воздуха и влаги) при транспортировке.

Для кабелей напряжением до 1000 В применяют эпоксидные или чугунные кабельные муфты. Для кабелей напряжением 6 – 10 кВ применяют термоусаживаемые, эпоксидные или свинцовые соединительные муфты (свинцовые служат только для соединения кабеля со свинцовой или алюминиевой оболочкой).

Для КЛ напряжением 110-500 кВ в настоящее время применяют:

• ≪сухие≫(вместо маслонаполненых) конструкции элегазовых вводов, соединительных и концевых муфт, адаптированные к монтажу кабелей с оптическими волокнами, интегрированными в экран кабеля, ориентированные на исключение применения жидких диэлектрических сред, кроме случаев, оговоренных в проектной документации;
• композитные изоляторы для концевых муфт наружной установки с различными длинами пути утечки в зависимости от степени загрязнения атмосферы на объекте;
• концевая арматура, может иметь специальные адаптеры для периодического контроля уровней частичных разрядов (ЧР) с помощью передвижных измерительных установок.

Для КЛ напряжением до 35 кВ используется:

• арматура на основе термоусаживаемых трекингостойких, негорючих, не распространяющих горение трубок и изделий;
• кабельная арматура холодной усадки на основе предварительно изготовленных на предприятиях эластомерных элементов.

Концевые заделки кабелей в отличие от соединительных муфт размещаются только в одной среде (в воздухе). Для кабелей напряжением до 10 кВ применяются 3-х фазные концевые муфты. Для кабелей напряжением 35 кВ и выше – однофазные.

Таким образом, кабельная арматура предназначена для соединения отдельных кусков кабеля при выполнении монтажных и ремонтных работ, а также для подключения кабелей к различным электрическим аппаратам и шинам распределительных устройств.

Для соединения кабелей служат соединительные муфты. Подключение кабелей к аппаратуре на открытом воздухе и внутри помещений осуществляется с помощью концевых муфт и концевых заделок соответственно (рис. 1). Соединяемые концы кабелей разделываются, т.е. последовательно со сдвигом 2…3 см удаляются все слои: наружная защитная оболочка, броня, подушка под броней и т.д. до токоведущей жилы. Одноименные жилы разделанных концов кабелей соединяются с помощью опрессовки в гильзах, пайки в гильзах или термитной сварки. После соединения жил восстанавливается фазная изоляция. Место соединения кабелей помещают в соединительную муфту.

а)

б)

Рис. 1. Кабельные муфты: а – кабельная концевая; б – концевая мачтовая: 1 – наконечник; 2 – манжета концевая; 3 – жильная трубка; 4 – изолятор; 5 – манжета пальцевая; 6 – перчатка; 7 – комплект заземления; 8 – манжета поясная

Для кабелей напряжением до 1 кВ применяются чугунные муфты (рис. 2). Для кабелей более высокого напряжения — свинцовые, эпоксидные, термоусаживаемые муфты.

Рис. 2. Чугунная соединительная муфта для кабелей напряжением до 1 кВ: 1 – верхняя часть; 2- подмотка для смоляной ленты; 3 – нижняя часть муфты; 4 – фарфоровая распорка; 5 – крышка; 6 — болт крышки; 7 – стягивающий болт; 8 – провод заземления; 9 – наконечник; 10 – соединительная гильза

Соединение кабелей напряжением выше 1 кВ показано на рис. 3. Место соединения кабелей помещается в свинцовую муфту 1 (рис. 3,а), представляющую собой свинцовую трубу, концы которой прижимаются и припаиваются к металлическим герметичным оболочкам соединяемых кабелей.

Рис. 3,а. Соединительная муфта в свинцовом корпусе для кабелей на напряжение 6, 10 кВ: 1 – бандаж; 2 – заземляющий провод; 3 – корпус муфты; 4 – заливочное отверстие; 5 – изоляция кабеля; 6 – подмотка из бумажных лент; 7 – токопроводящая жила; 8 – соединительная гильза

К корпусу свинцовой муфты и броне каждого из соединяемых кабелей припаивается проводник 2, обеспечивающий надежное заземление свинцовой муфты. Соединительные муфты кабелей на напряжения 6 и 10 кВ заключаются в свинцовый корпус, который при прокладке в земле в свою очередь помещается в чугунный кожух или кожух из стеклопластиков для защиты от коррозии и механических повреждений (рис. 3,б).

Рис. 3,б. Соединительная муфта для кабелей напряжением 35 кВ: 1 – экран конуса; 2 – конус; 3 – корпус; 4 – экран корпуса; 5 – место соединения

Внутренности чугунных и свинцовых муфт заливаются маслобитумной кабельной массой, в эпоксидных муфтах — эпоксидным компаундом. Для этого в чугунных и эпоксидных муфтах предусмотрены специальные отверстия, в свинцовой муфте эти отверстия прорезаются ножом и запаиваются после заливки.

Эпоксидные муфты имеют разъемный корпус. Соединение кабелей с помощью такой муфты показано на рис. 3,в. Для обеспечения надежного контакта между металлическими оболочками соединяемых кабелей эти оболочки соединяют с помощью пайки гибким медным проводником 5. Этот проводник припаивают к броне и герметичной оболочке каждого из соединяемых кабелей.

Рис. 3,в. Муфта эпоксидная концевая на напряжения 6 и 10 кВ: 1 – воронка для заливки эпоксидного компаунда; 2 – наконечник обеспечивающий электрический контакт жил; 3 – подмотка лентой ЛЭТСАР; 4 – изолятор; 5 – крышка; 6- корпус муфты; 7 – компаунд, служащий для электрической изоляции и герметизации муфты; 8 – бандаж из проволоки закрепляющий провод заземления с наконечником; 9 – провод заземления с наконечником

Рис. 3,г. Соединительная муфта для кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение 10 кВ: 1 – гильза соединительная; 2- адгезионный слой; 3 – изоляция из самосклеивающихся лент; 4 – полупроводящий экран; 5 – металлический экран; 6 – подмотка лентой из ПВХ-пластиката; 7 – наружный покров (термоусаживаемая трубка)

Соединение кабелей с помощью термоусаживаемой муфты показано на рис. 3,д. В таких муфтах используются элементы (перчатки, шланги, манжеты) из термоусаживаемой пластмассы. Эти элементы надеваются на покрытые герметиком разделанные части кабеля. При нагревании теплофеном или паяльной лампой эти элементы усаживаются, плотно охватывая разделанные части кабеля.

Рис. 3,д. Термоусаживаемая соединительная муфта на напряжения 6 и 10 кВ

Способ прокладки КЛ выбирают в зависимости от числа кабелей, условий трассы, степени загрязненности и агрессивности окружающей среды, требований эксплуатации, экономичности и других факторов.

Прокладка КЛ в земляной траншее является одним из наиболее простых и экономичных способов. Глубина траншеи зависит от напряжения КЛ. Для КЛ напряжением до 10 KB траншея имеет глубину 0,8 м, для КЛ напряжением ПО кВ — 1,5 м. Эскиз укладки кабеля напряжением до 10 кВ в земляную траншею приведен на рис. 4.

Рис. 4. Эскиз прокладки кабелей в земляной траншее

Дно траншеи покрывается слоем песка или просеянного грунта, на который укладываются в один ряд кабели. Расстояние между соседними кабелями d не менее 100 мм. Сверху кабели накрывают слоем песка или просеянного грунта. Выше укладываются железобетонные плиты или слой красного кирпича, служащие для защиты кабелей от механических повреждений при проведении землеройных работ. Вместо защиты от механических повреждений может использоваться сигнальная лента из яркой полиэтиленовой пленки, свидетельствующая о близком расположении кабелей.

Верхняя часть траншея засыпается обычным грунтом с послойным трамбованием. В одной земляной траншее прокладывают не более шести кабелей. Это обусловлено тем, что с увеличением числа кабелей их условия охлаждения ухудшаются, допустимая токовая нагрузка кабелей уменьшается, эффективность использования кабелей снижается.

При числе кабелей более шести, идущих в одном направлении, их укладывают в отдельные траншеи. Расстояния между траншеями должно быть не менее 0,5 м. Если кабельная трасса пересекает какие-либо инженерные сооружения, например, асфальтированные дороги, то в месте пересечения кабели укладываютв асбоцементные трубы.

Прокладка КЛ в блоках используется при большой стесненности кабельной трассы и пересечениях с инженерными сооружениями, например, с железными дорогами. Конструкции блоков и размеры могут быть различными. На рис. 5 показан бетонный блок, состоящий из бетонных панелей 1 с отверстиями 2, через которые прокладываются кабели 3.

Рис. 5. Эскиз прокладки кабелей в бетонный блок: 1 – бетонный блок; 2 – отверстие; 3 – силовой кабель

Через определенные расстояния сооружаются кабельные колодцы, в которых осуществляется соединение кабелей и через которые выполняется монтаж кабелей и замена поврежденного кабеля. Это более дорогой способ прокладки, с худшими условиями охлаждения по сравнению с прокладкой кабелей в земляной траншее.

При прокладке в одном направлении большого количества кабелей (более 20), что характерно для электростанций и энергоемких промышленных предприятий, используются кабельные тоннели, галереи и эстакады. Эскиз прокладки кабелей в тоннеле показан на рис. 6,а. Тоннель 1 представляет собой сборную железобетонную конструкцию, в которой по кронштейнам 2 прокладываются кабели 3 разного напряжения и разного назначения (силовые и контрольные). Кроме кабелей, в тоннелях могут прокладываться и другие инженерные сети, например водопроводные 4. Размеры тоннеля позволяют проводить двухстороннее обслуживание кабелей.

Рис. 6. Прокладка кабелей в тоннеле (а) и канале (б): 1 – железобетонный тоннель; 2 – кронштейн; 3 – кабель; 4 – труба водопроводная

Галереи и эстакады отличаются от тоннелей тем, что располагаются над поверхностью земли на специальных стойках. Галереи и эстакады в отличие от тоннелей используются на производствах, где возможны скопления горючих и взрывоопасных газов, тяжелее воздуха, и на предприятиях с большой агрессивностью почвы.

На территории подстанций и цехов промышленных предприятий КЛ прокладывают в железобетонных каналах (рис. 6,б). Верхний блок 1 является съемным, что обеспечивает удобное обслуживание кабелей. В галереях, тоннелях, каналах и эстакадах с целью пожарной безопасности используются кабели без наружного джутового покрова.

Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена используются все вышеперечисленные способы прокладки. При прокладке трехжильных кабелей в одной плоскости расстояние между соседними кабелями принимается равным диаметру кабеля d (рис.7).

Одножильные кабели прокладываются треугольником и располагаются вплотную друг к другу как это показано на рисунке. Расстояние между соседними пучками кабелей принимается равным удвоенному диаметру одножильного кабеля 2d.

Рис. 7. Прокладка кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Среди многих систем классификации кабельных изделий основной является классификация кабелей и проводов по назначению. При этом различают:

• Неизолированные провода – для использования при строительстве ВЛ. Провода изготавливаются из меди, алюминия, бронзы, а также комбинированием (стальной сердечник, поверх которого накладывается один или несколько повитков алюминиевой проволоки).
• Самонесущие изолированные провода (СИП) – для передачи электроэнергии по изолированным скрученным проводам в жгут, расположенным на открытом воздухе и прикрепленные при помощи узлов крепления к опорам.
• Силовые кабели – для передачи и распределения электрической энергии. Кабели выпускаются с медными и алюминиевыми токопроводящими жилами с изоляцией из бумажных лент, пропитанных маслом или специальными составами, а также с изоляцией из ПВХ пластиката, полиэтилена, резины. Диапазон ~ напряжений силовых кабелей – от 660 В до 500 кВ. Кабели имеют свинцовые, алюминиевые или пластмассовые оболочки.
• Кабели связи – для передачи сигналов связи и информации. Кабели имеют медные жилы и бумажную или пластмассовую изоляцию. Кабели имеют свинцовые, алюминиевые, стальные, пластмассовые или металлопластмассовые оболочки. Кабели связи делятся на высокочастотные и низкочастотные. Высокочастотные – это кабели дальней связи, низкочастотные – кабели местной связи (городские ПФ и т.д.)
• Контрольные кабели – для питания приборов, аппаратов и других электротехнических устройств и используются в целях контроля. Контрольные кабели имеют токопроводящую жилу из меди, биметалла алюминий-медь, алюминия. Изоляция – в основном из ПВХ, ПЭ и резины. Число токопроводящих жил – от 4 до 37, сечения от 0,75 до 10 мм2.
• Кабели управления используются для целей дистанционного управления и имеют медные жилы. Изоляция – из ПЭ, ПВХ, фторопласт, резина. Число токопроводящих жил от 3 до 108. Все или отдельные токопроводящие жилы могут быть экранированными. Оболочки кабелей – пластмассовые. Поверх оболочки может накладываться панцирная броня из стальных проволок. Форма – круглая или плоская.
• Монтажные провода используются для выполнения групповых соединений в различных схемах, в том числе и в жилых домах. Токопроводящие жилы – медные, в том числе с покрытиями из серебра, никеля и олова. Изоляция – ПЭ, ПВХ, фторопласты. Часть монтажных проводов выпускается с изоляцией на основе стекловолокна, волокон лавсана и капрон. Форма – круглые и ленточные.
• Установочные провода – для распределения электрической энергии в силовых и осветительных сетях. Провода выпускаются одно и многожильными (до 30) и в основном рассчитаны на напряжение до 3 кВ. Токопроводящие жилы – алюминиевые, медные и биметалл All+Cu. Изоляция ПЭ, ПВХ, резина, асбест, стекловолокно, резиностеклоткань. Диапазон сечений от 0,5 до 120 мм2.
• Обмоточные провода – для изготовления обмоток электрических машин, аппаратов и приборов. Токопроводящие жилы – из меди, алюминия, сплавов сопротивлений (нитрон, манганин, константан). Изоляция – эмалевые покрытия на основе синтетических лаков, стекловолокно, шелк, пленки, бумага, пластмассы.
• Радиочастотные провода – для передачи высокочастотной энергии между антеннами и различными радиотехническими и электронными устройствами. Кабели имеют коаксиальную конструкцию. Жилы – медные, изоляция из ПЭ или фторопласта. Поверх изоляции наложены экран и защитная оболочка из ПЭ или ПВХ пластмассы.

Кроме того выпускаются судовые, грузонесущие, геофизические кабели, для электрофильтров, бортовые провода, провода зажигания и др.

Основными направлениями развития кабельной техники является:

• повышение рабочих температур кабелей и проводов;
• микроминиатюризация кабельной продукции, связанная с уменьшением габаритов электронной и радиоаппаратуры;
• автоматизация производства кабелей и проводов;
• экономия цветных металлов.

При проектировании, эксплуатации и реконструкции кабельных линий необходимо выполнять следующие условия:

• в однофазных кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ или XLPE) до 500 кВ включительно необходимо обращать повышенное внимание к выбору сечения, способам соединения и заземления экранов;
• конструкция, сечение экрана и способ его заземления должен осуществляться по условиям допустимого нагрева КЛ в нормальном и после аварийном режимах работы, а также по условиям его термической стойкости, в том числе в режиме протекания однофазного (в сети с изолированной нейтралью) тока короткого замыкания в течении времени протекания по условиям работы РЗА, с обеспечением электробезопасности обслуживания коробок транспозиции, с учетом их количества, мест расположения и проектирования КЛ по принципу минимизации количества соединительных транспозиционных муфт;

Буквенные обозначения в маркировке кабелей обусловлены конструкцией брони и защитных покровов и приведены в табл. 1. Расшифровка обозначений применяемых силовых кабелей дана в табл. 2.

Таблица 1. Буквенные обозначения в маркировке кабелей

Таблица 2. Маркировка силовых кабелей